一种基于距离优先级与滚动计算的无人机电子围栏高效防撞检测方法与流程

本发明涉及无人机安全飞行控制技术，特别是涉及一种基于距离优先级与滚动计算的无人机电子围栏高效防撞检测方法。

背景技术：

1、随着低空经济的蓬勃发展，无人机在各行各业的应用日益广泛，空域中的无人机数量呈指数级增长。为确保空域安全，监管部门在机场、军事禁区、重要基础设施、人口密集区等区域设置了大量电子围栏（禁飞区、限飞区、警告区等）。据不完全统计，一个中型城市的空域内电子围栏数量可达数百个，而国家级空域管理系统中的电子围栏数量更是数以万计。

2、在无人机飞行监管系统中，无论是地面管控平台还是无人机飞行管理系统，都需要持续监测每架在管无人机与所有电子围栏的位置关系，以防止无人机误入禁飞区域。这种监测通常以周期性方式进行，每个检测周期都需要计算无人机位置与各电子围栏边界的空间关系。

3、现有技术中采用的一种方法为全量实时检测法。该方法在每个检测周期内，对系统中定义的所有电子围栏进行精确的几何碰撞检测。系统通过接收无人机上报的gnss位置信息，逐一计算该位置与每个电子围栏边界的位置关系，判断无人机是否侵入或即将侵入禁飞区域。该方案的缺陷在于计算复杂度高。随着空域中电子围栏数量的增加，每个检测周期都需要遍历所有围栏进行计算，对监管系统的计算资源造成巨大负担。以某城市空域管理系统为例，当在管无人机数量为1000架、电子围栏数量为500个时，每个检测周期需要进行50万次距离计算。当无人机数量或电子围栏数量进一步增加时，系统计算负载呈线性增长，容易导致计算资源耗尽、系统响应延迟，影响监管的实时性和可靠性。

4、另一种现有技术为空间网格预筛选法。部分技术方案采用空间索引结构（如四叉树、网格划分）对电子围栏进行预筛选。首先将空域划分为若干网格，每个网格关联其覆盖的电子围栏列表，然后根据无人机当前所在网格快速定位可能相关的少数围栏，仅对这些围栏进行精确检测。该方案虽然减少了实时检测的围栏数量，但仍存在不足：一是网格划分粒度固定，难以适应不同场景的精度需求；二是对于距离无人机较远但仍在同一网格内的围栏，仍然需要进行不必要的精确检测；三是缺乏对计算资源的动态调度机制，无法根据风险程度自适应调整检测频率；四是当无人机位于网格边界附近时，可能需要查询相邻多个网格，导致预筛选效果下降。

5、还有一种现有技术为固定频率检测法。部分系统采用固定的检测频率对所有无人机与所有电子围栏进行周期性检测。该方案的缺陷在于无法根据实际风险动态调整计算负载。无论无人机是远离所有围栏还是靠近某个围栏，系统都消耗相同的计算资源，造成了计算资源的严重浪费，且在高风险阶段固定频率可能不足以应对快速变化的飞行状态。

6、综上所述，现有技术存在计算效率与检测实时性之间的矛盾，难以在大规模无人机监管场景下实现高效可靠的防撞检测。亟需一种能够根据无人机与电子围栏的实际空间关系和运动趋势，动态调度计算资源的新型防撞检测方法。

7、需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本技术的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于克服上述背景技术中存在的缺陷，提供一种基于距离优先级与滚动计算的无人机电子围栏高效防撞检测方法。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种基于距离优先级与滚动计算的无人机电子围栏高效防撞检测方法，包括如下步骤：

4、s1、周期性地计算在管无人机与电子围栏之间的当前距离，并根据所述当前距离与预设的第一距离阈值和第二距离阈值的关系，将每个无人机-围栏对动态划分为高频计算区、中频预测区或低频筛选区；

5、s2、对于划分为所述高频计算区的无人机-围栏对，以第一检测周期执行精确碰撞检测，所述精确碰撞检测包括射线-多边形相交检测，并根据检测结果判断是否触发告警；

6、s3、对于划分为所述中频预测区的无人机-围栏对，以大于所述第一检测周期的第二检测周期执行距离计算，并根据重新计算的距离值判断是否需要切换至所述高频计算区或所述低频筛选区；

7、s4、对于划分为所述低频筛选区的无人机-围栏对，计算一个过期时间，并在所述过期时间内跳过所有检测计算，待所述过期时间到期后，重新计算距离并重新划分优先级；

8、其中，通过上述步骤s1至s4的持续循环执行，实现各优先级区域之间的动态切换与全区域的连续滚动监测。

9、一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序由处理器执行时实现所述的基于距离优先级与滚动计算的无人机电子围栏高效防撞检测方法。

10、一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序由处理器执行时实现所述的基于距离优先级与滚动计算的无人机电子围栏高效防撞检测方法。

11、本发明具有如下有益效果：

12、本发明提供的一种基于距离优先级与滚动计算的无人机电子围栏高效防撞检测方法，有效解决了现有技术中因全量高频检测导致计算负载过高、难以兼顾计算效率与检测实时性的矛盾。该方法根据无人机与电子围栏的实际空间距离，动态划分高频、中频、低频三个优先级区域，并对各区域采用差异化的检测周期与计算策略，实现了计算资源与风险程度的动态匹配，尤其适用于大规模无人机监管场景下的计算效率优化。

13、具体而言，本发明通过将大量远离电子围栏的无人机-围栏对置入低频筛选区并设置过期时间，在过期时间内完全跳过所有检测计算，使得系统绝大多数计算资源仅集中于少数具有潜在风险的无人机-围栏对上，从而大幅降低整体计算负载。城市级场景下计算负载降低可达99%以上，国家级场景降低接近99.94%，显著缓解了监管系统的计算压力。同时，高频计算区保持高频率的精确碰撞检测，采用射线-多边形相交法直接计算无人机沿实际飞行轨迹到达围栏的精确时间，并依据制动距离、系统延迟及安全余量设定告警阈值，确保紧急情况下能够及时触发避障指令；中频预测区则以较低的频率定期确认距离变化趋势，实现从低风险到高风险的无缝过渡，从而在提升效率的同时充分保障了检测的实时性与安全性。

14、此外，本发明采用清晰的分层架构设计，高频区负责精确碰撞检测与告警判断，中频区负责定期距离确认与区域切换，低频区负责过期时间管理，各区域职责明确、逻辑自洽。通过迟滞降级机制（连续多个周期确认距离持续增大且飞行方向不指向围栏）实现平稳降级，避免因距离波动导致的频繁切换；同时利用过期时间计算公式中的提前唤醒安全缓冲时间，填补低频区的安全漏洞，形成完整的双向状态切换机制。所有关键参数（如高频区边界、中频区边界、过期时间）均基于无人机的最大飞行速度、最大制动减速度等物理量推导得出，不依赖经验系数，且能够针对轻型、中型、大型等不同机型适配差异化的距离阈值，在参数推导公式统一的前提下实现安全与效率的最优平衡。整个方法逻辑清晰，工程实现简单，仅需通过任务调度器即可集成部署于现有无人机监管系统中，具有良好的实用价值与推广前景。

15、本发明实施例中的其他有益效果将在下文中进一步述及。